Pobuda drugog harmonika u širokom spektru

Pobuda drugog harmonika u širokom spektru

Od otkrića nelinearnih optičkih učinaka drugog reda 1960-ih, pobudio je velik interes istraživača, do sada, na temelju drugog harmonika i frekvencijskih učinaka, proizveo je od ekstremnog ultraljubičastog do dalekog infracrvenog pojasalaseri, uvelike promicao razvoj lasera,optičkiobrada informacija, mikroskopsko snimanje visoke rezolucije i druga polja. Prema nelinearnomoptikai teorije polarizacije, nelinearni optički učinak parnog reda usko je povezan sa simetrijom kristala, a nelinearni koeficijent nije jednak nuli samo u necentralnim inverzijskim simetričnim medijima. Kao najosnovniji nelinearni učinak drugog reda, drugi harmonici uvelike ometaju njihovo stvaranje i učinkovitu upotrebu u kvarcnom vlaknu zbog amorfnog oblika i simetrije središnje inverzije. Trenutačne metode polarizacije (optička polarizacija, toplinska polarizacija, polarizacija električnog polja) mogu umjetno uništiti simetriju inverzije središta materijala optičkog vlakna i učinkovito poboljšati nelinearnost drugog reda optičkog vlakna. Međutim, ova metoda zahtijeva složenu i zahtjevnu tehnologiju pripreme i može ispuniti uvjete kvazifaznog usklađivanja samo na diskretnim valnim duljinama. Rezonantni prsten od optičkih vlakana koji se temelji na načinu rada zida odjeka ograničava široki spektar pobude drugog harmonika. Rušenjem simetrije površinske strukture vlakna, površinski drugi harmonici u vlaknu posebne strukture pojačani su do određene mjere, ali još uvijek ovise o femtosekundnom impulsu pumpe s vrlo velikom vršnom snagom. Stoga su generiranje nelinearnih optičkih učinaka drugog reda u strukturama sa svim vlaknima i poboljšanje učinkovitosti pretvorbe, posebice generiranje drugog harmonika širokog spektra u kontinuiranom optičkom pumpanju male snage, osnovni problemi koje treba riješiti u području nelinearne svjetlovodne optike i uređaja, a imaju važan znanstveni značaj i široku primjenjivu vrijednost.

Istraživački tim u Kini predložio je slojevitu shemu integracije faze kristala galij selenida s mikro-nano vlaknima. Iskorištavanjem prednosti visoke nelinearnosti drugog reda i dalekodometnog uređenja kristala galijevog selenida, ostvaruje se proces pobude drugog harmonika širokog spektra i višefrekvencijske pretvorbe, pružajući novo rješenje za poboljšanje višeparametarskih procesa u vlakna i priprema širokopojasnog drugog harmonikaizvora svjetlosti. Učinkovito pobuđivanje drugog harmonika i efekta zbroja frekvencija u shemi uglavnom ovisi o sljedeća tri ključna uvjeta: velikoj udaljenosti interakcije svjetlosti i tvari između galijevog selenida imikro-nano vlakna, visoka nelinearnost drugog reda i poredak dugog dometa slojevitog kristala galij selenida, i zadovoljeni su uvjeti usklađivanja faze osnovne frekvencije i načina udvostručenja frekvencije.

U eksperimentu, mikro-nano vlakno pripremljeno sužavajućim sustavom za skeniranje plamena ima ravnomjerno stožasto područje reda veličine milimetra, što osigurava dugu duljinu nelinearnog djelovanja za svjetlo pumpe i val drugog harmonika. Nelinearna polarizabilnost drugog reda integriranog kristala galij selenida prelazi 170 pm/V, što je puno više od intrinzične nelinearne polarizabilnosti optičkog vlakna. Štoviše, uređena struktura velikog dometa kristala galijevog selenida osigurava kontinuiranu faznu interferenciju drugog harmonika, dajući punu prednost prednosti velike duljine nelinearnog djelovanja u mikro-nano vlaknima. Što je još važnije, fazno usklađivanje između osnovnog optičkog moda pumpanja (HE11) i drugog harmonijskog moda visokog reda (EH11, HE31) ostvaruje se kontrolom promjera konusa i zatim reguliranjem disperzije valovoda tijekom pripreme mikro-nano vlakana.

Gore navedeni uvjeti postavljaju temelj za učinkovito i širokopojasno pobuđivanje drugog harmonika u mikro-nano vlaknima. Eksperiment pokazuje da se izlaz drugog harmonika na razini nanovata može postići pod laserskom pumpom pikosekundnog pulsa od 1550 nm, a drugi harmonici također se mogu učinkovito pobuditi pod kontinuiranom laserskom pumpom iste valne duljine, a snaga praga je kao niske kao nekoliko stotina mikrovata (Slika 1). Nadalje, kada se svjetlo pumpe proširi na tri različite valne duljine kontinuiranog lasera (1270/1550/1590 nm), tri druga harmonika (2w1, 2w2, 2w3) i tri zbrojna frekvencijska signala (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) promatraju se na svakoj od šest valnih duljina pretvorbe frekvencije. Zamjenom svjetla pumpe izvorom svjetla s diodom koja emitira ultra zračenje (SLED) s propusnim opsegom od 79,3 nm, generira se drugi harmonik širokog spektra s propusnim opsegom od 28,3 nm (slika 2). Osim toga, ako se tehnologija kemijskog taloženja iz pare može upotrijebiti za zamjenu tehnologije suhog prijenosa u ovoj studiji i ako se manje slojeva kristala galijevog selenida može uzgajati na površini mikro-nano vlakana na velikim udaljenostima, očekuje se učinkovitost konverzije drugog harmonika dalje poboljšati.

SLIKA 1 Sustav generiranja drugog harmonika i rezultira strukturom od svih vlakana

Slika 2 Miješanje više valnih duljina i drugi harmonici širokog spektra pod kontinuiranim optičkim pumpanjem